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夏光PTN网络IEEE1588同步工程测试方案
时间:2011-06-01

1、背景

        随着中国移动通信集团公司PTN分组传送网的大规模部署应用,以及IEEE1588同步技术在PTN网络中的应用,PTN网络业务承载和同步技术得到越来越广泛关注。但是,针对PTN网络同步的工程维护测试,目前中国移动尚无明确的规范要求,市场上已有时间、时钟测试产品和测试解决方法案主要是针对研发PTN设备、协议分析、网络监控等应用设计的,无法有效满足实际现场的工程、维护的实际需要。测试手段缺乏,没有合适和完整的测试解决方案,将严重阻碍PTN网络同步系统前期工程安装、验收的进程,也将增大后期的日常维护、排查故障的困难。因此,有效解决工程维护中PTN同步测试的问题势在必行。

        针对目前PTN同步工程维护存在的问题,深圳市夏光通信技术有限公司自主研发,推出中国第一款支持移动IEEE1588时频同步的专用仪表——XG7010 IEEE1588时间分析仪,可以对基于PTN/OTN/PON等网络的IEEE1588时频同步性能进行纳秒级测量。仪表功能强大,集时间、时钟测试、BITS仿真以及时钟漂移测试等多功能于一体。XG7010作为中国本土研发制造的,以独创的设计思路、切合工程现场的设计理念,为PTN网络的时频同步测试提供了一款现场施工、验收和维护的测试利器。可广泛应用于TD-SCDMA、LTECDMA2000等制式同步系统的研制、生产、工程安装、验收和维护。

2、PTN同步工程维护测试解决方案

2.1 PTN测试测试阶段

        PTN测试包括业务承载性能、同步性能、QoS 功能及网络管理维护能力等方面测试。其中同步性能测试主要包括时间、时钟的精度、稳定性测试,光纤路径非对称补偿评估等方面内容。

        PTN网络部署分不同阶段实施,包括PTN相关设备安装阶段、业务调试开通阶段、网络性能验收阶段、业务割接阶段、网络维护管理阶段,在不同阶段中,对PTN同步测试的测试项目、测试方式、测试侧重点不一样,以下我们仅针对PTN同步性能的工程维护测试在不同阶段的实施,特别针对通过IEEE1588同步时间传输的应用以及通过同步以太网进行时钟的传输的情况下,时频测试步骤和测试方法,提出相应的解决方案。

2.2 PTN相关设备安装阶段同步性能测试

        在PTN设备安装阶段,主要完成时间服务器的安装调测、PTN设备的安装、机架机箱的安装以及电缆/光缆的布放及成端等方面工作。在这个阶段重点需要完成PTP同步时间服务器的测试和光缆对称性问题的处理,需要同一缆取成对光纤、跳纤尾纤等长,对光缆及尾纤的长度做好详细的记录。

1) PTP同步时间服务器测试

       XG7010 IEEE1588时间分析仪直接与PTP时间同步服务器相应的输出接口连接,可有效测量PTP时间同步服务器输出的时间、时钟信号的偏差、PTP协议数据发送是否正常,并可对PTP时间同步服务器的时间、时钟信号的漂移特性(MTIE和TDEV)进行评估。测试连接如图1。

        此外,需要对PTP时间同步服务器的时间、时钟进行长期稳定性测试,观察偏差;还需要将GPS授时模式改为北斗授时模式,观察时间输出倒换过程中的变化及倒换后的长期稳定测试。

2) 光缆对称性评估

        查看两个站点的2条光缆(包括尾纤)的使用情况,并做相应的详细记录,必要时可以通过OTDR对连接两个站点的2条光缆(包括尾纤)的相对长度进行测试,确定是否长度一致,为后续的非对称补偿提供参考依据。


PTP时间同步服务器的测试-深圳夏光IEEE1588

图1   PTP时间同步服务器的测试

2.3  PTN业务调试开通阶段同步性能测试

        在PTN业务调试开通阶段,XG7010 IEEE1588时间分析仪主要完成对PTN设备同步指标测试、PTN设备时钟同步信号质量以及基站时钟性能测量,链路非对称性补偿及保护路径的非对称补偿等方面工作。

1) PTN设备同步性能的测试

        业务信息和时间信息通过PTN网络混合传输,XG7010提供10/100M PTP同步光电接口,可将XG7010设置为PTP(Slave)模式,直接从PTN的以太网接口接收IEEE1588数据,解析出相关时间信息,或者直接与1PPS或1PPS+TOD时间同步接口连接测量时间偏差。测试连接如图2。

PTN设备及基站同步性能的测试-深圳夏光IEEE1588


图2   PTN设备及基站同步性能的测试

        此外,还可利用XG7010 IEEE1588时间分析仪的BITS仿真功能,为PTN设备提供高精度时间源,对PTN设备IEEE1588同步性能进行评估,如图3。

PTN设备IEEE1588同步性能的测试XG7010 IEEE1588时间分析仪


图3   PTN设备IEEE1588同步性能的测试

2) 光路非对称及保护路径非对称补偿的测试评估

        IEEE1588的同步机理是建立在对称路径基础上。在现网的实际应用中,几乎找不到真正的对称路径。由于路径的不对称,作为从时钟的PTN网元在同步后会表现出一个固定的时延,因此在工程部署时需要依靠专业的仪表精确测量路径不对称导致的时延,提前制定补偿策略,通过PTN网管系统对进行非对称补偿。目前采用分段进行补偿,即逐跳测量设备时延,每一段单独补偿。

        在实际的时间测试和时延调整过程中,以往的测试仪表测量出的时延值并不是一个确切值,它在一定范围内来回振荡,导致时延的调整需要一个比较长的时间才能完成,XG7010采用统计学分析原理,通过专用的算法,完成光路非对称补偿值的快速测量,确保了光路非对称补偿值的相对准确和科学性,可作为光路非对称补偿的实用依据。测试连接可参考图2所示。

        关于保护路径的非对称补偿,可逐点进行保护倒换,评估保护路径的非对称补偿值。测试连接见图5。

3) 基站同步测试

目前在采用同步以太网技术和IEEE1588v2来实现PTN网络中的时钟、时间同步的情况下,对基站同步系统的测试时,可通过XG7010的相关时间和时钟输入接口与基站设备的时间和时钟输出接口连接,进行时间偏差和时钟信号的测量,并可进行时钟漂移指标的测试,检测同步稳定性。测试连接如图2。

4) 远程操控测试

        在PTN开局期间,存在的问题比较多,有时需要反复进行验证测试,有时需要长期进行测试观察。XG7010提供一套专用的测控软件安装在某一站点计算机上,通过以太网IP通道与远端多台XG7010 IEEE1588时间分析仪进行连接,实现对远端的XG7010的控制,完成仪表的设置,测试启动或停止,测试结果的读取和保存等功能。该功能在工程安装阶段进行集中调试和日常维护中长期测试情况下十分方便,可大大提高工作效率。关于远程操控测试如图4所示。

远程操控测试-深圳夏光XG7010


图4   远程操控测试

2.4 PTN网络性能验收阶段同步性能测试

        PTN网络性能在验收阶段,除了要对业务性能进行全面的测试验证,同步性能的测试验证也必不可少,以保证PTN网络正常、稳定运行。

        在这个环节,XG7010 IEEE1588时间分析仪主要完成对PTN设备同步指标测试验证、光路非对称补偿的验证、PTN时间、时钟长期漂移性能的测量评估、业务变化对同步系统的影响,并结合网管系统检测PTN设备时钟系统性能、设置是否正确、时钟源切换对业务的影响等方面内容。

在业务验收阶段对同步系统的测试主要包括以下内容。

1) 时间、时钟信号测试

        可逐站点对对PTN设备、基站系统的时钟、时间同步接口的输出信号进行测试,测试设备本身的晶振的频率准确度和长期性能,以及IEEE1588时间传输性能,并做好测试记录。具体测试方法可参见5.2节相关说明。

2) 业务压力测试

        在PTN业务上进行大业务配置,如通过网管系统突然增加2个站点的数据流量,将时频仪表接在PTN设备的时间、时钟接口上观察时间、时钟信号测量值的变化,检测业务变化对同步系统的影响。具体测试方法可参见2.2节相关说明。

3) 光路非对称补偿的验证

        按照2.2节相关说明,对整个网络的光路非对称补偿进行验证,并根据测试情况进行适当的调整。

4) PTN系统保护切换的同步测试

        APS(Automatic Protection Switching)自动保护倒换是PTN组网的一大优势,因此需要验证PTN系统保护切换对时间信息、时钟信号的影响。同时需要验证保护路径非对称补偿的评估,测试连接可参考图5所示。

PTN系统保护切换的同步测试-深圳夏光XG7010


图5   PTN系统保护切换的同步测试

5) 其他说明

在PTN业务验收阶段,还可通过网管系统与仪表配合完成如下验证工作:

  同步参考源设置测试,主要检查同步参考源设置是否正确,可在两个PTN设备之间的制造故障,比如中断光路,通过PTN网管系统查看其他PTN设备的时钟跟踪状态,在时钟切换过程中业务是否受到影响。

  同步源的切换测试,主要观察在切换时候对业务的影响。

  时钟保持特性,测试当设备的时钟工作在保持状态时候,其频率准确度和稳定性及对业务的影响。

2.5 PTN业务割接阶段同步性能测试

        在PTN业务割接阶段同步性能测试主要需要对关键点的监测,如最远端的基站的时间偏差和时钟频率信号偏差的监测,用户可根据实际情况进行测试点的布置,通过XG7010远程操控测试功能,对多个测试点的同步性能进行监测,具体可参见图2、图4。

        此外在业务割接阶段,需要进行业务压力测试、同步源的切换对业务影响等方面测试,具体参考2.4相关内容。

2.6 PTN网络维护管理阶段同步性能测试

        在PTN网络维护排障阶段,完成PTN网络系统的日常维护、故障定位排障等方面工作,针对同步系统的特点,在这个环节,XG7010主要对同步系统中时间、时钟方面问题的诊断排查,对同步系统的稳定性进行定期检查或长期监测。

        在PTN网络扩容或网络变更时,需要对同步系统的时间、时钟情况进行测试,特别是由于网络变化导致光路的不对称对时间信息传输的影响,提前做好规划、测试工作,确保网络变化的顺利实施。

        PTN网络维护管理阶段的测试方法可见2.2节相关内容,在此阶段可根据不同情况选择相应的测试方法,灵活处理。

        此外,XG7010提供BITS仿真功能,可输出高精度的时间和时钟信号,当时间服务器出现故障时,可将XG7010作为临时的时间源,进行应急通信,而且XG7010提供的时钟输出信号可作为其他设备需要高精度外时钟输入的参考源,为维护提供便利。

3、小结

        时间、时钟测量是最重要的,工程开局时要测量路径的不对称问题及时间/时钟是否统一,割接时要测量时间、时钟同步精度,运行阶段需要测量网络变化时的各种时间、时钟同步指标。

        通过PTN网络完成IEEE1588时间、时钟传输,是一项中国移动创新的工程,必将在实践中不断完善,作为该工程的测试手段是否合适、便利,必将得到运营商、PTN厂家、通信工程代维公司的广泛关注,大家需认识到时间、时钟的同步的测试对整个通信网络正常稳定运行将起到至关重要的作用。

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